Влияние метео-фенологической аномалии зимы 2006/07 года на древесные растения в Санкт-Петербурге Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ВЛИЯНИЕ МЕТЕО-ФЕНОЛОГИЧЕСКОЙ АНОМАЛИИ ЗИМЫ 2006/07 ГОДА НА ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

ГА. ФИРСОВ, ст. науч. сотр. Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, канд. биол. наук, И В. ФАДЕЕВА, асп. СПбГЛТА,

А.В. ВОЛЧАНСКАЯ, ведущий агроном Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН

Холодные и теплые зимы по-разному влияют на растения интродуцированной, а порой и местной дендрофлоры Санкт-Петербурга. Ежегодно наблюдаемая изменчивость сезонной ритмики развития растений - следствие их ответных реакций на изменение погодных условий [1]. О влиянии потепления климата на древесные растения начал писать еще в 1970-е годы проф. Н.Е. Булыгин. Климатическая и фенологическая тенденция последней четверти ХХ века обеспечила успешность перезимовки многих термофильных и считавшихся непригодными для культуры в регионе интродуцированных видов [6]. Продолжающееся потепление климата подтверждает анализ результатов собственных фенологических наблюдений авторов статьи и метеоданных Санкт-Петербургского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями. Возрастающему влиянию этих изменений на древесные растения и посвящена данная статья.

Анализ сведений метеостанции Санкт-Петербург показал, что в настоящее время устойчивый переход среднесуточной темпе-

[email protected]

ратуры воздуха через 0° C сместился со средней даты 26 марта ±2,5 сут. (1947-1977) на 15 марта ±2,5 сут. (1977-2007). Таким образом, фенологическая весна в последнее тридцатилетие стала наступать на 11 дней раньше. В отдельные годы устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 0° C и начало сокодвижения Acer platanoides L. (индикаторов первого феноэтапа субсезона «снеготаяние») отмечались в рекордно ранние за весь период наблюдений (с 1840 г.) сроки - 26 января 1989 г. и 29 января 1990 г. Продолжительность вегетационного сезона увеличилась за счет более раннего наступления весенне-летних явлений природы. Возросла теплообеспеченность теплой части года.

Если принять за норму среднее значение суммы температур холодной части года последнего 30-летия с отклонением, равным тройному значению стандартной ошибки среднего (± 46x3), то к категории теплых можно отнести 10 зим. Их перечень и теплообеспеченность холодной части года (т.е. периода года с устойчивой среднесуточной температурой ниже нуля) показаны на рис. 1.

СП 04

00 00

СЧ 00

00 00

04 04

О

Os

Os

00

Os

О

Os

Os

<N

Os

Os

Os

<N

Os

Os

in

Os

Os

Os

О

О

Os

Os

Os

О

О

О

<N

Г-

О

ЧО

О

о

<N

Он tH

и S

г-

00

40

00

04

04

04

§ S

-200 —

-400 —

cd

Он

D

О

S

D

Н

cd

-600

-800

1000

-1200

7

Рис. 1. Теплообеспеченность холодного периода в аномально теплые годы последнего 30-летия (1977-2007 гг.)

0

22

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Рис. 2. Ход среднесуточной температуры в ноябре - марте 2006-2007 гг.

Специальное исследование по изучению реакции древесных растений в Санкт-Петербурге на метеоаномалии двух таких зим: 1988/89 и 1989/90 гг. [4]. В 1989 г. был зарегистрирован самый теплый январь за последние 35 лет того времени (-0,7°), что почти совпадает с рекордом за весь период наблюдений (-0,5° в 1925 г.). За счет раннего окончания эти зимы также были короткими, (но длиннее, чем в 2007 г.), хотя первая наступила рано, а вторая в нормальные сроки.

После теплых зим, какими были зимы 1988/89 и 1989/90 гг., у 70-80 % видов коллекции БИН обмерзания отсутствовали, у 10-15 % были отмечены повреждения почек и концов побегов, и лишь у отдельных видов имело место обмерзание побегов старше одного года. Такие теплые зимы наиболее опасны для хвойных, раноцветущих сережкоцветных и всех древесных с коротким периодом глубокого покоя, в том числе вполне зимостойких при обычных метеоусловиях.

Как видно из гистограммы (рис. 1), теплообеспеченность холодного периода 2006/07 гг. не превышала теплообеспеченности других аномально теплых лет. Уникальность зимы 2006/07 гг. состояла в том, что очень теплая погода в декабре и первой половине января вызвала несвоевременный рост, бутонизацию и цветение растений ряда видов, после чего наступили довольно значительные, хотя и не очень продолжительные морозы (среднемесячная температура февраля 2007 г. была заметно ниже нормы и составила 10,6°) (рис. 2).

Рекордно высокой была среднемесячная температура декабря 2006 г. (+3,0°). За

весь период наблюдений с 1743 г., в XVIII и XIX веках среднемесячная температура воздуха в декабре была только отрицательная. В XX веке положительной она была только в трех случаях: в 1929 г. (+0,2°), 1932 г. (+1,0°) и 1974 г. (+0,1°). Температура первой декады декабря 2006 г. составила +7,1°, что на на 2,9° выше прежнего рекорда (+4,2° в 2000 г.). По среднемесячной температуре январь 2007 г. (-2,4°) можно отнести к категории теплых. В 2006/07 гг. впервые за весь период наблюдений необычайно поздно наступила фенологическая зима - лишь 20 января 2007 г. Сумма среднесуточных температур за эту зиму составила -400° (среднемноголетнее значение с 1977 по 2007 гг.: -615 ± 46° С, минимальное: -1033° в 1978/79 гг., максимальное: -211° в 1991/92 гг).

В январе зафиксирована минимальная температура воздуха -16,3° (31 января). А 8 февраля отмечен абсолютный минимум за эту зиму: -22, 8°, то есть тех же значений, что и в теплые зимы 1988/89 и 1989/90 гг. Снежный покров к концу января достигал всего лишь 6 см. К концу февраля - уже 16 см, а 1-2 марта - 17-18 см, но уже к 9 марта весь снег сошел.

При средней продолжительности холодной части года 121 ± 3 сут. (1947-2007) зима 2006/07 г. продолжалась с 20 января по 2 марта, всего 41 день. Она была рекордно короткой не только за последнее 30-летие, но и за весь период наблюдений. Зато осень длилась почти 5 месяцев. Метеорологические аномалии зимы 2006/07 г. вызвали мощные фенологические аномалии (табл. 1).

С 2002 г., после смерти проф. Н.Е. Булыгина, календарь природы феностационара Санкт-Петербургской ГЛТА им. С.М. Кирова

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

23

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ведется доц. А.А. Егоровым и И.В. Фадеевой. Аналогичный календарь природы парка и ботанического сада БИН с 1980 г. ведутся В.Н. Комаровой и Г.А. Фирсовым.

Заметная осенняя аномалия стала проявляться в 2006 г. с начала подсезона «золотая осень»: отставание по срокам пожелтения листьев растений-дендрофеноиндикаторов на 7 дней (на предыдущем, втором этапе начала осени оно достигало 3 дня). Из-за аномально теплой погоды отставание в наступлении последующих феноэтапов года все более усиливалось. До конца календарного года фенологическая зима так и не наступила. Замер-

зание прудов как индикатор подсезона года «предзимье» произошло только 24 декабря, более чем на полтора месяца позднее обычного (табл. 1).

Весна 2007 г. наступила на 13 дней раньше обычного. Сокодвижение березы повислой Betula pendula Roth (второй феноэтап подсезона «снеготаяние») сильно задержалось из-за промерзания почвы и наступило 23 марта, одновременно с зацветанием ольхи черной (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) и орешника (Corylus avellana L.), символизирующих следующий феноэтап - начало оживления весны.

Т а б л и ц а 1

Календарь природы феностационара Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова за 2005, 2006, 2007 гг.

Фенологические сезоны, подсезоны и феноэтапы года Дата наступления феноэтапа (для среднемноголетнего значения указана стандартная ошибка)

2006 г. 2007 г. 1978-2007 гг.

I. Сезон года «Фенологическая весна»

1. Подсезон года «Снеготаяние»

1.1. Первый феноэтап подсезона «Снеготаяние» 18.03 02.03 15.03±2,8

1.2. Второй феноэтап подсезона «Снеготаяние» 15.04 23.03 28.03±2,2

2. Подсезон года «Оживление весны»

2.1. Первый феноэтап подсезона «Оживление весны» 25.04 23.03 08.04±2,0

2.2. Второй феноэтап подсезона «Оживление весны» 01.05 09.04 24.04±1,6

3. Подсезон года «Разгар весны»

3.1. Первый феноэтап подсезона «Разгар весны» 04.05 29.04 03.05±1,4

3.2. Второй феноэтап подсезона «Разгар весны» 13.05 15.05 14.05±1,4

3.3. Третий феноэтап подсезона «Разгар весны» 01.06 25.05 27.05±1,4

II. Сезон года «Фенологическое лето»

1. Подсезон года «Перволетье»

1.1 Первый феноэтап подсезона «Перволетье» 10.06 01.06 07.06±1,1

1.2. Второй феноэтап подсезона «Перволетье» 23.06 22.06 19.06±1,3

2. Подсезон года «Полное лето»

2.1 Первый феноэтап подсезона «Полное лето» 30.06 27.06 01.07±1,3

2.2 Второй феноэтап подсезона «Полное лето» 05.07 03.07 10.07±1,5

2.3 Третий феноэтап подсезона «Полное лето» 17.07 15.07 18.07±1,5

3. Подсезон года «Спад лета»

3.1 Первый феноэтап подсезона «Спад лета» 28.07 28.07 02.08±1,6

3.2 Второй феноэтап подсезона «Спад лета» 11.08 10.08 13.08±1,3

III. Сезон года «Фенологическая осень»

1. Подсезон года «Первоосенье»

1.1 Первый феноэтап подсезона «Первоосенье» 01.09 05.09 31.08±1,0

1.2 Второй феноэтап подсезона «Первоосенье» 13.09 10.09 13.09±1,0

1. Подсезон года «Золотая осень»

1.1 Первый феноэтап подсезона «Золотая осень» 26.09 25.09 23.09±1,0

1.2 Второй феноэтап подсезона «Золотая осень» 11.10 01.10 04.10±1,0

1. Подсезон года «Глубокая осень»

1.1 Первый феноэтап подсезона «Глубокая осень» 26.10 26.10 17.10±1,0

1.2 Второй феноэтап подсезона «Глубокая осень» 30.10 04.11 24.10±1,0

IV Сезон года «Фенологическая зима» 20.01.2007 г 05.11 19.11±3,4

24

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Второй феноэтап подсезона «оживление весны», индикатором которого является зацветание ивы козьей (Salix caprea L.) наступил на 15 дней раньше по сравнению со среднемноголетним значением. К первому этапу подсезона «разгар весны» отставание сократилось до 4 суток. И лишь следующий, второй этап подсезона «разгар весны», наступил в обычные среднемноголетние сроки.

В конце декабря 2006 г. - начале января 2007 г. в садах и парках Санкт-Петербурга наблюдался целый ряд уникальных, аномальных и очень редких природных явлений: цвели кустарники волчеягодник смертельный (Daphne mezereum L.), жимолости ранняя (Lonicera praeflorens) и синяя (Lonicera caerulea L.), отмечены рост побегов и появление молодых листьев абелии корейской (Abelia coreana) (см. табл. 1), жимолости каприфоль (Lonicera caprifolium L.) и принсепии китайской (Prinsepia sinensis), окрасились бутоны рододендрона остроконечного (Rhododendron mucronulatum Turcz.), сильно набухли и готовы были распуститься почки княжика сибирского (Atragene sibirica L.), бузины Микеля (Sambucus miquelii (Nakai) Kom.), рябинника рябинолистного (Sorbaria sorbifolia (L.) A. Br.), набухли сережки многих видов ивы (Salix schwerinii E. Wolf, S. gracilistyla Miq. и др.). Гамамелис виргинский (Hamamelis virginiana L.) цвел большую часть зимних месяцев, в те дни, когда температура воздуха была положительной, придавая необычный для сезона весенний вид паркам Ботанического института РАН и СПбЛТА. Ко второй декаде января в начальной стадии набухания были вегетативные почки многих других видов (Euonymus maximowiczianus Prokh., Fagus orientalis Lipsky и др.). Повреждения растений были в основном небольшие. У многих видов они отсутствовали, у других не превышали концов годичного прироста. Зато заметно обмерзли и долго восстанавливались некоторые виды, которые раньше не обмерзали и считались устойчивыми, что можно объяснить очень ранним началом ростовых процессов и наступлением после этого зимних холодов. Заметно сказались последствия зимы 2006/07 г. на цветении и плодоношении многих древесных растений.

Например, впервые за ряд лет в 2007 г. не было плодоношения у Kalopanax septemlobus (Thunb.) Koidz.

После зимы 2006/07 г. отсутствовали обмерзания таких редких экзотов, как Chionanthus virginicus L., Liriodendron tulipifera L., Magnolia hypoleuca Siebold et Zucc., M. officinalis Rehd. et E.H. Wilson. По наблюдениям за модельными растениями в парке БИН, без обмерзаний или с очень слабыми повреждениями концов однолетнего прироста перенесли эту зиму такие виды, которые ранее считались недостаточно зимостойкими: Acer cissifolium (Siebold et Zucc.) C. Koch, A. henryi Pax, Ailanthus altissima (Mill.) Swingle, Armeniaca mandshurica (Maxim.) Skvorts., Catalpa speciosa Warder ex Engelm. Успешно перезимовал даже персик обыкновенный (Persica vulgaris Mill.), считавшийся в Санкт-Петербурге сразу вымерзающим [3].

В то же время некоторые виды сильно обмерзли. У отдельных особей волчеягодника смертельного (Daphne mezereum L.) вымерзло значительное число цветочных почек и скелетные ветви, несмотря на то, что это вид местной флоры. Видимо, в генетической памяти у волчеягодника на данной территории было не так много подобных «провокационных» зим, когда оказывалось возможным столь длительное цветение в зимние месяцы. До корневой шейки в парке БИН обмерзла Securinega suffruticosa (Pall.) Rehd., которая в другие годы плодоносит и образует всхожие семена. Среди значительно обмерзших древесных растений выделяются представители флоры российского Дальнего Востока, которые ранее считались вполне и сравнительно зимостойкими: Rhododendron sichotense Pojark., Syringa amurensis Rupr., Populus koreana Rehd. ^ильное обмерзание однолетних побегов с потерей декоративности в первую половину вегетационного сезона), Prinsepia sinensis (обмерзло более 90 % кроны со всей побеговой системой, прирост неежегодный, перестала цвести и плодоносить), Lonicera praeflorens - другой дальневосточный вид с коротким периодом покоя и очень ранним цветением. Она цвела зимой, во второй декаде января, и как результат, была

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

25

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

сильно повреждена последующими морозами. Сильно обмерз дальневосточный кустарник Abelia coreana - во второй декаде января 2007 г. у него наблюдалось не только разверза-ние почек, но и облиствение со значительным приростом побегов, что бывает обычно в апре-ле-мае. В парке-дендрарии БИН у двух взрослых деревьев Betula schmidtii Regel с юга Приморского края после этой зимы засохло много ветвей в кроне, прирост стал неежегодным. Зимой 2006/07 гг. здесь вымерзли китайские виды кизильников: Cotoneaster divaricatus Rehd. et Wils. и C. foveolatus Rehd. et Wils. (по одному экземпляру из двух, имеющихся в коллекции), до корневой шейки обмерз еще один представитель флоры Китая - C. dielsianus Pritz. Пострадали древовидные полукустарниковые зверобои, также восточноазиатского происхождения, обладающие коротким покоем и вегетировавшие в январе: Hypericum hyrcinum L. и H. patulum Thunb. обмерзли до корневой шейки, а H. forrestii (Chitt.) N. Robson вымерз целиком.

На фоне теплого биоклиматического цикла многие ранее считавшиеся вымерзающими виды сейчас успешно культивируются в Санкт-Петербурге (Acer triflorum Kom., Ampelopsis aconitifolia Bunge, Gymnocladus dioicus (L.) C. Koch). Считавшийся ранее сильно обмерзающим Juglans regia L. в последнее время стал цвести, плодоносить и выращивается из местных семян. Вступил в плодоношение и ряд редких видов, которые в прошлом находились в вегетативном состоянии или только цвели, но не давали плодов (Abies gracilis Kom., A. nordmanniana (Stev.) Spach, A. semenovii B. Fedtsch., Cornus mas L., Holodiscus discolor (Pursh) Maxim., Platycladus orientalis (L.) Franco, Quercus alba

L. , и др.). Стал чаще плодоносить клен серебристый (Acer saccharinum L.), который за многолетний период интродукции почти все годы только цвел и отличался крайне редким эпизодическим плодоношением из-за очень раннего цветения.

В то же время в результате участившихся значительных колебаний температуры воздуха от положительных значений к отрицательным и обратно и при длительном отсутствии снегового покрова снизилась зимос-

тойкость у видов, ранее считавшихся вполне устойчивыми (Microbiota decussata Kom.). Особенно это опасно в конце зимы, когда многие виды древесных растений находятся в вынужденном покое. В одну из таких зим (2001/02 гг.) из-за преждевременного начала вегетации (к 15 февраля 2002 г.) обмерзло от 25 до 75 % кроны у ряда деревьев Tilia cordata Mill.и T. platyphyllos Scop., обычно морозостойких и зимостойких растений с длительным периодом глубокого покоя (из них первая относится к видам местной флоры). До сих пор в Санкт-Петербурге T. platyphyllos незначительно повреждалась лишь иногда ранневесенними заморозками. Увеличилось обмерзание у видов с коротким периодом глубокого покоя и не имеющих глубокого покоя. У таких растений в зимы с оттепелями преждевременно начинаются ростовые процессы, и они могут сильно обмерзать (Abelia coreana Nakai, Lonicera praeflorens Batal., Prinsepia sinensis (Oliv.) Bean). В 2008 г. в парке Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (БИН) впервые отмечено значительное обмерзание однолетних побегов Larix x czekanowskii Szaf., которая в природе растет в очень суровых климатических условиях Восточной Сибири и в Санкт-Петербурге считалась вполне зимостойкой.

У ряда видов, в обычные и холодные зимы вполне и сравнительно зимостойких, в мягкие зимы начала XXI века имеет место выпревание и вымокание, а также подгни-вание у корневой шейки. Так, после зимы 2006/07 г. на 24 участке парка БИН из-за вы-превания погибло дерево Populus tremula L. var. davidiana (Dode) C.K. Schneid.

Отмечено подпревание и повреждение камбия и коры у корневой шейки таких древесных, как Armeniaca mandshurica и Acanthopanax sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) Seem. Вероятно, по этой причине на питомнике БИН после зимы 2006/07 гг. погибли Artemisia arenaria DC. и Astragalus albicaulis DC., a после 2007/08 г. - Salix lanata L. Последнюю Э.Л. Вольф [3] относил к зимостойким видам арктической флоры. В то же время в эти годы первой декады XXI века впервые отмечено цветение Carya ovata (Mill.) C. Koch и плодоношение Acer cissifolium.

26

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Повреждаемость морозами и репродуктивное состояние некоторых видов интродуцированной дендрофлоры Санкт-Петербурга

Название растений Обмерзание растений (баллы) и их репродуктивное состояние

Холодные и аномально холодные зимы Нормальные зимы Зима 2006/07г.

Abelia coreana Nakai 2, Fr 2, Fr 4, Fr

Abies gracilis Kom. 1, Veg 1, Veg 1, Fr

Acer cissifolium (Siebold et Zucc.) C. Koch 4-7, Veg 2, Veg (Fr - с 2004 г.) 1, Fr

Acer saccharum Marsh. 1-2, Veg 1, Veg 1, Veg

Carpinus japonica Blume 4-7, Veg 4, Veg 2, Fr

Catalpa speciosa Warder ex Engelm. 4-5, Veg 2-4, Veg 2, Veg

Chionanthus virginicus L. 4-7, Veg 2, Fl 1, Fl

Duschekia maximowiczii (Call.) Pouzar 1-2, Fr 1, Fr 1, Fr

Liriodenron tulipifera L. 4-7, Veg 2-4, Veg 2, Veg

Lonicera praeflorens Batal. 2-4, Fr 2, Fr 4, Fr

Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng 4-7, Veg 2-4, Veg 2, Veg

Picea asperata Mast. 1, Fr 1, Fr 1, Fr

Populus koreana Rehd. 1-2, Veg 1-2, Veg 3, Veg

В 2007 г. впервые заплодоносили Carpinus japonica Blume и Acer palmatum Thunb. Последний вид, например, считался субтропическим и непригодным для культуры в открытом грунте Санкт-Петербурга и Э.Л. Вольфом [3] был отнесен к V группе зимостойкости. В начале лета 2007 г. после долгого перерыва в большом количестве созрели плоды Acer saccharinum и его формы с рассеченными листьями (си Wieri).

Некоторые примеры уровней адап-тированности древесных интродуцентов в 2007 г. по сравнению с предшествующими зимами приводятся в табл. 2

В таблице баллы обмерзания показаны по шкале П.И. Лапина [5], от 1 балла (отсутствие повреждений) до 7 баллов (растение вымерзло с корнем). Обозначения репродуктивного состояния приняты следующие: Fr -растение плодоносит, Fl - только цветет, Veg - находится в репродуктивном состоянии.

Среди видов интродуцированной дендрофлоры Санкт-Петербурга есть виды, которые не обмерзают ни в теплые, ни в холодные зимы (Picea asperata). Ряд видов хорошо переносят нормальные и мягкие зимы, но могут вымерзать в аномально холодные (Acer cissifolium, Metasequoia glyptostroboides). Некоторые виды могут существовать только в промежутке между аномально холодными зимами, которые во второй половине

XX века повторялись в среднем через 10-15 лет (1955/56, 1978/79, 1986/87 гг.). Есть достаточно зимостойкие виды, которые зимой 2006/07 гг. обмерзли сильнее, чем это наблюдалось ранее (Populus koreana), хотя это и не привело к их гибели. Для большинства видов в теплые зимы все же снижается вероятность обмерзания и наступают более благоприятные условия для цветения и плодоношения.

В силу присущих климату циклических колебаний и обусловленной ими цикличности сезонной ритмики растений постоянно меняется биоклиматическая ситуация, определяя в разные биоклиматические циклы проявление различных уровней адаптации инт-родуцентов. Поэтому при подведении итогов интродукции и оценке перспектив разведения интродуцентов необходимо учитывать цикличность климата, сезонного ритма интроду-центов и их ритмо-адаптивных связей.

Подтверждается сделанное нами ранее предположение о том, что нынешние климатические аномалии при современной тенденции к потеплению климата в будущем могут стать нормой [4]. Чтобы предсказать последствия прогрессирующего потепления климата на древесные растения, необходимо изучать особенности их репродуктивного состояния, обмерзания и сезонного развития после таких теплых зим начала XXI века, какой была зима 2006/07 г. Некоторые виды, ранее рекомен-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

27